05 bab 4

Selanjutnya kita membahas jenis-jenis energi dan

hukum kekekalan energi.

Kaitan antara usaha dan energi menjadi pembahasan selan-

jutnya.

Setelah mempelajari bab ini kita dapat memahami energi,

usaha, dan daya. Kita juga dapat memahami konversi energi yang

mengikuti hukum kekeka-lan energi.

Ya. Kita akan mempelajari

konsep tentang usaha dan energi.

BAB

4 USAHA, ENERGI, DAN DAYA

Pada bab ini kita akan mempelajari usaha, energi, dan

daya.

Setelah itu, kita belajar tentang

daya.

Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 180

Gerbang

dan Energi – Daya

A. UsahaKita sudah sering mendengar kata usaha.

Apakah sebenarnya usaha itu? Untuk me-mahami konsep tentang usaha, perhatikan uraian berikut!

Gambar 4.2 memperlihatkan ilustrasi ses-eorang yang sedang mendorong lemari sejauh s meter. Orang tersebut dikatakan melakukan usaha atau kerja karena lemari mengalami perpindahan.

Pernahkah kamu mengamati orang yang sedang memanah? Mengapa anak panah yang dilepaskan dapat melesat jauh hingga mencapai sasaran? Anak panah dapat mencapai

sasaran karena mendapat energi dari pemanah. Sebelum melepaskan anak panah, seorang pemanah harus merentangkan busurnya terlebih dahulu. Busur yang terentang memi-liki energi potensial. Ketika anak panah dilepaskan, energi potensial tersebut berubah menjadi energi kinetik yang digunakan anak panah untuk bergerak. Untuk mempelajari lebih lanjut tentang energi dan perubahannya, mari kita pelajari konsep tentang usaha, energi, dan daya berikut!Kata Kunci: Konsep tentang Usaha dan Energi – Jenis-jenis Energi – Hubungan antara Usaha

Gambar 4.1 Seorang pemanah saat akan melepaskan anak panah

Sum

ber:

Dok

. CAP

Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 1 81

Pada gambar 4.3 terlihat seseorang sedang mendorong tembok dengan sekuat tenaga. Orang yang mendorong dinding tembok dikatakan tidak melakukan usaha atau kerja, meskipun orang tersebut mengeluarkan gaya dorong yang sangat besar. Hal ini dikarenakan tembok tidak mengalami perpindahan kedudukan. Usaha dikatakan bernilai jika terdapat perpindahan kedudukan.

Usaha memiliki berbagai arti dalam bahasa sehari-hari. Dalam fisika usaha diberi arti yang spesifik untuk mendes-kripsikan apa yang dihasilkan gaya ketika gaya itu bekerja pada suatu benda. Usaha juga didefinisikan sebagai hasil kali besar perpindahan dengan komponen gaya yang sejajar dengan perpindahan.

Pada orang yang mendorong lemari seperti ilustrasi di awal, gaya yang diberikan pada lemari searah dengan perpindahan lemari. Jika gaya

Gambar 4.4 Diagram gaya dari usaha

yang dikerjakan pada benda searah dengan perpindahan benda, diagram gayanya dapat digambarkan seperti pada 4.4 di bawah ini.

Pada gambar 4.4, gaya F diberikan kepada benda. Akibatnya benda mengalami perpindahan sejauh s. Dengan demikian, usaha yang dilaku-kan oleh gaya F dirumuskan:

W = F . s . . . (4.1)

Keterangan:

W : usaha (joule)

F : gaya yang sejajar dengan perpindahan (N)

s : perpindahan (m)

Persamaan di atas berlaku jika gaya yang diberikan pada benda searah dengan perpindahan benda. Lantas bagaimana jika gaya yang

Gambar 4.5 Gaya yang diberikan membentuk sudut α

F

s

F sin α

α

F

s

Usaha

diberikan pada benda membentuk sudut terhadap arah perpindahan?

Perhatikan gambar 4.5 di atas! Pada gambar 4.5 terlihat bahwa sebuah gaya F yang membentuk sudut diberikan pada benda. Akibatnya benda mengalami perpindahan sejauh s. Usaha yang dilakukan oleh gaya F dapat dinyatakan dengan rumus berikut.

F cos α

w


W = F . cos α . s . . . (4.2)

Ada kalanya gaya yang diberikan pada suatu benda besarnya tidak teratur. Bagaimana cara menentukan besarnya usaha, jika gaya yang diberikan tidak teratur?

Sebagai contoh, seseorang yang mendorong lemari. Dalam selang waktu 5 sekon, gaya yang diberikan orang tersebut dari 2 N menjadi 8 N. Akibatnya lemari berpindah dari kedudukan 2 m menjadi 6 m.

Untuk menentukan usaha yang dilakukan oleh orang tersebut, kita dapat menggambarkan gaya dan perpinda-han yang dilakukannya seperti gambar 4.6. Usaha yang dilakukan orang tersebut dapat ditentukan dengan men-cari luas di bawah kurva. Dari gambar 4.6 terlihat bahwa luas di bawah kurva berbentuk trapesium. Oleh karena itu, usaha yang dilakukan orang tersebut adalah:

W = luas trapesium

W = jumlah garis sejajar × × tinggi

W = (8 + 2) ×

W = 10 ( × 4)W = 10 × 2

W = 20 joule

Agar kamu lebih memahami cara menentukan besarnya usaha, per-hatikan contoh soal berikut! Kemudian kerjakan soal-soal di bawahnya!

Contoh Soal

Sebuah balok bermassa 5 kg di atas lantai licin ditarik gaya 4 N membentuk sudut 60° terhadap bidang horizontal. Jika balok berpindah sejauh 2 m, tentukan usaha yang dilakukan!

Penyelesaian:Diketahui: m = 5 kg

F = 4 N

s = 2 m

Ditanyakan: W = . . .?

Jawab: W = F . s . cos αW = 4 . 2 . cos 60°

W = 4 joule


Kerja Mandiri 1

Diskusi

Diskusikan bersama kelompokmu!

1. Bagaimanakah besar usaha yang dilakukan oleh suatu benda jika lintasan yang ditempuh benda berbeda-beda? Misalnya sebuah mobil yang melaju di jalan lurus, jalan yang berbelok, menikung dan jalan yang menanjak.

2. Buatlah penjelasan mengenai masing-masing usaha tersebut!

3. Presentasikan hasil diskusimu di depan kelas! Berikan kesem-patan kepada kelompok lain untuk menanggapinya!

Kerjakan soal berikut dengan tepat!

1. Sebuah benda meluncur di atas papan kasar sejauh 5 m. Jika benda mendapat perlawanan gesekan dengan papan sebesar 180 newton, berapa besarnya usaha yang dilakukan oleh benda tersebut?

2. Gaya sebesar 60 newton bekerja pada sebuah benda. Arah gaya membentuk sudut 30o dengan bidang horizontal. Jika benda berpindah sejauh 50 m, berapa besarnya usaha yang dilakukan oleh benda tersebut?

B. EnergiEnergi merupakan salah satu konsep penting dalam sains. Energi

dapat diartikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha atau kerja. Cobalah kamu sebutkan beberapa jenis energi yang kamu kenal! Ba-gaimanakah sifat energi tersebut? Apakah energi itu tetap ada namun dapat berubah bentuk? Jelaskanlah salah satu bentuk energi yang kamu kenal dalam melakukan suatu usaha atau gerak!

Dalam fisika terdapat berbagai jenis energi, di antaranya energi potensial, energi kinetik, dan energi mekanik yang akan dibahas berikut ini.

Energi


1. Energi PotensialEnergi potensial adalah energi yang berkaitan dengan kedudukan

benda terhadap titik acuan. Dengan demikian, titik acuan akan men-jadi tolok ukur penentuan ketinggian suatu benda. Energi potensial ada beberapa macam, seperti berikut ini.

a. Energi potensial gravitasi

Kamu tentu pernah melihat air terjun bukan? Pada air ter-jun tersimpan energi potensial gravitasi yang disebabkan oleh ketinggiannya. Demikian juga ketika kita meletakkan sebuah benda pada suatu ketinggian, pada hakikatnya dalam benda tersebut tersimpan energi potensial gravitasi. Energi potensial gravitasi adalah energi potensial suatu benda yang disebabkan oleh kedudukan benda terhadap gravitasi bumi.

Jika kita menggantungkan bola bermassa m, (lihat gambar 4.7) pada ketinggian h dari permukaan tanah maka energi potensial gravitasi bola tersebut dinyatakan:

Ep = m . g . h . . . (4.3)

Keterangan:

Ep : energi potensial (joule)

m : massa (kg)

g : percepatan gravitasi (m/s2)

h : ketinggian terhadap titik acuan (m)

b. Energi potensial gravitasi Newton

Energi potensial gravitasi Newton adalah energi potensial gravitasi antara dua benda angkasa. Energi ini dirumuskan sebagai berikut.

Ep = - . . . (4.4)Keterangan:

Ep : energi potensial gravitasi Newton (joule)

M : massa planet (kg)

m : massa benda (kg)

r : jarak benda ke pusat planet (m)

G : tetapan gravitasi universal = 6,673 x 10-11 N.m2/kg2.

Dari rumus di atas terlihat bahwa Ep bernilai negatif. Artinya, untuk memindahkan benda dari posisi tertentu ke posisi lain yang jaraknya lebih jauh dari pusat planet diperlukan sejumlah energi. Selain itu, tanda negatif pada Ep juga menunjukkan bahwa suatu planet akan tetap terikat pada medan gravitasi matahari, sehingga planet tetap berada pada orbitnya.

c. Energi potensial pegas

Dari pembahasan sebelumnya diketahui bahwa hubungan antara pertambahan panjang dengan gaya pegas adalah seba-gai berikut.

F = -k . Δx


Agar kamu lebih memahami konsep energi potensial pada pegas, ambillah sebuah pegas! Setelah itu, tekan pegas tersebut dengan tanganmu! Apa yang ter-jadi? Jika kamu memberikan gaya tekan yang besar pada pegas maka pegas terse-but juga akan mempunyai energi potensial yang besar. Perhatikan gambar 4.8!

Jika tekanan yang kamu berikan pada pegas tiba-tiba kamu lepaskan, pegas akan kembali ke bentuk semula dengan cepat. Kemampuan pegas untuk kembali ke bentuk semula disebut energi potensial pegas.

Energi potensial pegas dapat diten-tukan dengan meng gambarkan gaya pegas dan pertambahan panjang pegas seperti gambar 4.9. Luas di bawah kurva pada gambar 4.9 menunjuk-kan besarnya energi potensial pegas dan dapat dituliskan:

Ep = luas segitiga

Ep = . xA . FA

Ep = . xA . k . xA

Ep = k . xA2

Secara umum, energi potensial pegas dapat dirumuskan:

Ep = . k . x2 . . . (4.5)Keterangan:

Ep : energi potensial pegas (joule)

k : konstanta pegas (N/m)

x : pertambahan panjang (m)

F : gaya pegas (N)

Contoh penerapan energi potensial pegas yaitu pada anak panah yang dilepaskan. Contoh lainnya adalah pada mobil mainan yang akan bergerak maju setelah kita beri gaya dorong ke belakang. Untuk membantumu memahami tentang energi potensial, perhatikan contoh soal berikut!

Contoh Soal

Gambar 4.9 Grafik hubungan antara gaya dan pertambahan panjang pegas

F

FA

0xA


Suatu benda ketika berada di permukaan bumi menerima energi gravitasi Newton sebesar 10 joule. Tentukan energi potensial gravitasi Newton yang dialami benda itu ketika berada pada ketinggian satu kali jari-jari bumi dari permukaan bumi!

Penyelesaian:Diketahui:

Ep1 = 10 joule

r2 = 2r1

Ditanyakan: Ep2= . . .?

Jawab:

2. Energi KinetikEnergi kinetik adalah energi yang berkaitan dengan gerak suatu benda. Jadi, setiap

benda yang bergerak memiliki energi kinetik. Meskipun gerak suatu benda dapat dilihat sebagai suatu sikap relatif, namun penentuan kerangka acuan dari gerak harus tetap di-lakukan untuk menentukan gerak itu.

Persamaan energi kinetik dapat dirumuskan sebagai berikut.

Ek = . m v 2 . . . (4.6)

Keterangan:

Ek : energi kinetik (joule)

m : massa benda (kg)

v : kecepatan gerak suatu benda (m/s)

3. Energi MekanikEnergi mekanik adalah energi total yang dimiliki oleh suatu ben-

da. Energi mekanik berasal dari energi potensial dan energi kinetik


Hukum Kekekalan Energi Me-kanik

benda tersebut. Untuk lebih jelasnya, simaklah uraian berikut!

Perhatikan benda yang jatuh dari suatu ketinggian! Bagai-manakah perubahan kecepatan dan ketinggiannnya? Pada benda yang jatuh tampak bahwa ketinggiannya akan selalu berkurang. Hal ini berarti energi potensialnya juga berkurang. Apakah energi potensial yang berkurang tersebut hilang begitu saja? Tentu tidak. Karena energi tersebut berubah menjadi energi kinetik, sehingga energi kinetik dan kecepatan benda tersebut akan bertambah. Den-gan demikian, besar energi mekanik benda tersebut adalah tetap dan dirumuskan sebagai berikut.

Em = Ep + Ek . . . (4.7)

Energi mekanik suatu benda bersifat kekal, artinya energi mekanik tidak dapat dimusnahkan, namun dapat berubah bentuk. Pernyataan di atas disebut hukum kekekalan energi mekanik. Secara matematis, hukum kekekalan energi mekanik dapat diru-muskan:

Ep1 + Ek1 = Ep2 + Ek2 . . . (4.8)

Persamaan di atas hanya berlaku jika tidak terjadi gesekan. Jika terjadi gesekan, sebagian energi akan berubah menjadi energi panas. Agar kamu dapat lebih memahami penerapan rumus-rumus energi, pelajari contoh soal berikut! Kemudian kerjakan soal-soal di bawahnya!

Contoh Soal

1. Buah kelapa bermassa 4 kg jatuh dari pohon setinggi 12,5 m. Tentukan kecepatan kelapa saat menyentuh tanah!


m = 4 kg

h = 12,5 m

Ditanyakan: v2 = . . .?

Jawab:Kelapa jatuh mengalami gerak jatuh bebas, sehingga kecepatan awalnya nol. Saat jatuh di tanah ketinggian kelapa sama dengan nol.

m . g . h1 + . m . v12 = m . g . h2 + . m . v2

2

Jika semua ruas dibagi dengan m maka diperoleh:

g . h1 + . v12 = g . h2 + . v2

2

10 . 12,5 + . 02 = 10 . 0 + . v22

125 + 0 = 0 + v22

v2 =


v2 = 15,8 m/s

2. Sebuah benda jatuh dari ketinggian 4 m, kemudian melewati bidang leng-kung seperempat lingkaran licin dengan jari-jari 2 m. Tentukan kelajuan saat lepas dari bidang lengkung tersebut!


h1 = 6 m

Ditanyakan: v2 = . . .?

Jawab:

Jika bidang lintasan licin maka benda mengalami gerak jatuh bebas. Lin-tasan benda tidak perlu diperhatikan, sehingga diperoleh:

m . g . h1 + . m . v12 = m . g . h2 + . m . v2

2

g . h1 + . v12 = g . h2 + . v2

2

10 . 6 + . 02 = 10 . 0 + . v22

60 + 0 = 0 + v22

v2 =

v2 = 10,95 m/s


1. Sebutkan beberapa bentuk energi yang ada di alam semesta berikut sumbernya!

2. Tuliskan cara memanfaatkan energi tersebut, kemudian uraikan kelebihan dan kekurangannya!

3. Presentasikan hasil kerjamu di depan kelas secara bergantian!

A

B

4 m

C

2 m

C. Kaitan antara Usaha dan Energi Pada bagian ini akan kita pelajari hubungan antara usaha dengan

energi kinetik dan energi potensial. Di depan telah disinggung bahwa kerja atau usaha dapat terjadi karena adanya sejumlah energi. Apabila dalam sistem hanya berlaku energi kinetik saja maka teori usaha-energi dapat ditentukan sebagai berikut.

Kerja Mandiri 2


W = F . s

W = m . a . s

W = m . 2 . a . s

Karena 2 . a . s = v22 – v1

2 maka

W = . m . (v22 – v1

2)

W = . m . v22 – . m . v1

2

W = ΔEk . . . (4.9)

Apabila dalam sistem hanya berlaku energi potensial gravitasi saja maka teori usaha-energi dapat ditentukan dengan persamaan:

W = ΔEp

W = m . g . h2 – m . g . h1 . . . (4.10)

Pada berbagai kasus dengan beberapa gaya dapat ditentukan be-sarnya usaha netto (bersih) sebagai berikut.

1. Pada bidang datarPerhatikan gambar 4.11! Pada gambar terlihat bahwa sebuah

gaya F menarik balok sehingga balok mengalami perpindahan sejauh s. Jika lantai pada gambar tersebut menimbulkan gaya gesek sebesar fk maka resultan gaya yang bekerja pada benda adalah:

F = F – fk

Besar usaha yang dilakukan oleh benda dirumuskan:

W = F . s

Gambar 4.11 Gaya yang bekerja searah bidang datar

vo

s

fk

vo

sfk

F

α

Gambar 4.12 Gaya yang bekerja membentuk sudut terhadap bidang datar

W = (F – fk) . s

Dari persamaan 4.9, kita tahu bahwa W = ΔEk sehingga

Wnetto =F . cos α – fk . s = . m (vt

2 – v02) . . . (4.11)

Jika gaya yang bekerja membentuk sudut α terhadap bidang datar, seperti gambar 4.12, resultan gaya yang bekerja pada balok adalah:

F = F cos α – fk

F

w

N

F cos α

N

w


Wnetto = (F – w . sin α – fk) . s = . m (vt

2 – v02) . . . (4.13)

Jika gaya yang bekerja pada balok membentuk sudut β terhadap bidang miring maka resultan gayanya:

F = F . cos β – w . sin α – fk

Dengan demikian, usaha netto yang bekerja pada balok adalah:

Wnetto = (F . cos β – w . sin α – fk) . s = . m (vt

2 – v02) . . . (4.14)

Keterangan:

α : sudut yang dibentuk bidang miring

Untuk lebih jelasnya, pelajari contoh soal berikut! Kemudian kerjakan soal di bawahnya!

Contoh Soal

Gambar 4.13 Gaya F searah bidang miring

Gambar 4.14 Gaya F membentuk sudut terhadap bidang miring

NV0

w sin αfk

w cos αα

V0

w sin αs

fk

w cos αw

F cos β

F

β

Besar usaha yang dilakukan oleh balok tersebut adalah:

W = F . s

W = ( cos α – fk) . s

Analogi dengan persamaan 4.12 kita peroleh:

Wnetto = F . cos α – fk . s = . m (vt

2 – v02) . . . (4.12)

Keterangan:

m : massa balok (kg)

V0 : kecepatan awal (m/s)

V1 : kecepatan akhir (m/s)

2. Pada bidang miringKaitan antara usaha dan energi pada gerak benda pada bidang

miring adalah sebagai berikut. Misalnya sebuah balok bermassa m diberi gaya F sehingga balok bergerak ke atas sejauh s seperti gambar 4.13. Jika lantai bidang miring pada gambar terse but men-imbulkan gaya gesek fk maka resultan gaya yang bekerja adalah:

F = F – w sin α – fk

Dengan demikian, usaha netto yang bekerja pada balok diru-muskan:

FF sin α

s

w



Jawab:

W = m . g (h1 – h2)

W = 10 . 10 . (0 – 1,5)

W = – 150 joule

Tanda (–) berarti diperlukan sejumlah energi untuk mengangkat balok tersebut.

2. Sebuah air terjun setinggi 100 m menumpahkan air melalui sebuah pipa dengan luas penampang 0,5 m2. Laju aliran air yang melalui pipa adalah 2 m/s. Tentukan energi yang dihasilkan air terjun tiap sekon yang dapat digunakan untuk menggerakkan turbin di dasar air terjun!


h1 = 100 m

h2 = 0 m

A = 0,5 m2

v = 2 m/s


Jawab:

Langkah 1:

Menentukan debit air terjun, yaitu banyaknya volume air yang mengalir melalui suatu penampang lintang tertentu tiap satuan waktu.

Q = A . v

Q = 0,5 . 2

Q = 1 m3/s

Langkah 2:

Menentukan volume air dalam debit air.

V = 1 m3

Langkah 3:

1. Tentukan usaha untuk mengangkat balok 10 kg dari permukaan tanah ke atas meja setinggi 1,5 m.


m = 10 kg

h1 = 0 m

h2 = 1,5 m


Menentukan massa air tiap sekon.

m = 1.000 kg

Langkah 4:

Menentukan energi yang dihasilkan air terjun tiap sekon.

W = m . g . (h1 – h2)

W = 1.000 . 10 . (100 – 0)

W = 1.000.000 joule


Gaya sebesar 80 newton bekerja pada benda bermassa 50 kg. Jika arah gaya membentuk sudut 30o dengan horizontal, hitunglah kecepatan benda setelah berpin-dah sejauh 10 m!

D. DayaSaat kita membeli bola lampu, pada kardus kemasan bola lampu tersebut selalu

Kerja Mandiri 3

tercantum angka-angka dalam satuan watt. Misalnya 5 watt, 10 watt, dan sebagainya. Menyatakan besaran apakah watt itu? Watt meru-pakan satuan untuk menyatakan daya.

Daya adalah kemampuan untuk mengubah suatu bentuk energi menjadi bentuk energi lain. Sebagai contoh, sebuah lampu 100 watt be-

Daya

refisiensi 100 %. Artinya tiap detik lampu tersebut akan mengubah 100 joule energi listrik yang memasuki lampu menjadi 100 joule energi cahaya. Semakin besar daya suatu alat, semakin besar pula kemampuan alat tersebut mengubah suatu bentuk energi menjadi bentuk energi lain.

Jika energi yang masuk ke suatu alat seluruhnya dapat diubah menjadi energi bentuk lain maka efisiensi alat tersebut adalah 100%. Besarnya daya dirumuskan sebagai berikut.

. . . (4.15)Keterangan:P : daya (watt)W : usaha (joule)


Praktikum

3. Bola kecil 1 buah

C. Langkah Kerja1. Tempelkan pegas pada balok yang cukup besar. Kemudian di ujung pegas

diberi bola kecil!2. Letakkan semua benda di meja! Tariklah bola kecil kemudian lepaskan!3. Selidikilah perubahan energi apa saja yang terjadi dalam percobaan terse-

but!4. Buatlah kesimpulan dari hasil kerjamu dan diskusikan hasilnya dengan teman-

temanmu dengan bimbingan bapak ibu guru. Peringatan:

a. Kembalikan semua peralatan ke tempat semula!b. Jagalah kebersihan lingkungan!

Setelah melakukan kegiatan di atas, kamu tentu sudah memahami tentang perubahan bentuk energi. Selanjutnya simaklah contoh soal berikut! Setelah itu kerjakan soal-soal di bawahnya!

Contoh Soal

1. Romi mendorong kotak bermassa 3 kg dengan gaya 15 N. Tentukan daya

t : waktu (s)

Dalam kehidupan sehari-hari sukar ditemukan kondisi ideal. Oleh karena itu, dikenal adanya konsep efisiensi. Konsep efisiensi adalah suatu perbandingan antara energi atau daya yang dihasilkan dibandingkan den-gan usaha atau daya masukan. Efisiensi dirumuskan sebagai berikut.

x 100 % atau x 100 % . . . (4.16)Keterangan:η : efisiensi (%)Wout : usaha yang dihasilkan (joule)Win : usaha yang dimasukkan atau diperlukan (joule)Pout : daya yang dihasilkan (watt)Pin : daya yang dimasukkan atau dibutuhkan (watt)

Untuk membantumu memahami tentang perubahan bentuk energi, lakukan kegiatan berikut!

Perubahan Bentuk EnergiA. Tujuan Menunjukkan adanya perubahan suatu bentuk energi menjadi

bentuk energi lain.

B. Alat dan Bahan1. Pegas 1 buah

2. Balok 1 buah


F = 15 N

s = 2,5 m

t = 2 s

Ditanyakan: P = . . .?

Jawab:

P = 18,75 watt

2. Sebuah mobil bermassa 1 ton dipacu dari kelajuan 36 km/jam menjadi 144 km/jam dalam 4 sekon. Jika efisiensi mobil 80 %, tentukan daya yang dihasilkan mobil!


m = 1 ton

v1 = 36 km/jam

v2 = 144 km/jam

t = 4 s

Ditanyakan: P = . . .?

Jawab:

Langkah 1:

Menentukan usaha yang dilakukan.

W = m v22 – m v1

2 (1 ton = 1.000 kg, 144 km/jam = 40 m/s, 36 km/jam = 10 m/s)

W = . 1.000 . (40)2 – 1.000 . (10 )2

W = 750.000 joule

Langkah 2:

Menentukan daya yang dibutuhkan.

Pin = 187.500 watt

yang dilakukan anak tersebut jika ia mampu mendorong kotak sejauh 2,5 m dalam waktu 2 sekon!

Penyelesaian:Diketahui: mk = 3 kg


Langkah 3:

Menentukan usaha yang dihasilkan.

80 % =

Pout = 150.000 watt

Kerjakan soal berikut bersama teman sebangkumu!

1. Gambar di bawah ini adalah salah satu kegiatan bangsa Mesir primitif dalam memban-gun piramid. Berikan ilustrasi secara singkat mengenai besaran-besaran yang bekerja pada gambar berikut!

2. Sebutkan faktor yang dibutuhkan oleh bangsa Mesir primitif dalam memindahkan batu besar!

3. Berapa daya yang dibutuhkan untuk memindahkan batu tersebut? Jelaskan pula efisiensinya!

1. Usaha adalah hasil kali resultan gaya dengan perpindahan.

Kerja Berpasangan

W = F . cos α . d

2. Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena posis-inya.

F

F

Δ x

Ep = m . g . h

3. Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda bergerak.


Rangkuman

Ek = . m . v 2

4. Energi mekanik adalah jumlah energi potensial dan energi kinetik.

Em = Ep + Ek

5. Usaha pada arah mendatar sama dengan perubahan energi kinetik.

W = ΔEk

6. Usaha pada arah vertikal sama dengan perubahan energi potensial.

W = ΔEp

7. Hukum Kekekalan Energi Mekanik dirumuskan sebagai berikut.

Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2

8. Daya adalah energi tiap satuan waktu.

A. Pilihlah satu jawaban yang paling tepat!

1. Gaya sebesar 40 N digunakan untuk me narik sebuah benda pada lantai datar. Tali yang digunakan untuk menarik benda membentuk sudut 45° dan ben da berpindah sejauh

m. Be sar usaha yang dilakukan adalah . . . .

a. 40 joule

b. 120 joule

c. 160 joule


Soal-soal Uji Kompetensi

d. joule

e. joule

2. Sebuah mobil mainan mempunyai kedudukan yang ditunjukkan oleh grafik berikut ini.

Usaha yang dilakukan mobil mainan untuk berpindah dari titik asal ke kedudukan sejauh 8 meter adalah . . . .

a. 30 joule d. 46 joule

b. 44 joule e. 49 joule

c. 45 joule

3. Jika sebuah bola bermassa 1 kg menggelinding dengan kelajuan tetap 4 m/s maka energi kinetik bola adalah . . . .

b. m/s e. m/s

c. 2 m/s

5. Sebuah motor dengan kelajuan 18 km/jam memerlukan waktu 5 sekon untuk berhenti. Jika massa motor 100 kg maka:

1) perlambatan motor sebesar 1 m/s2

2) usaha yang diperlukan untuk meng hentikan motor adalah -1.250 joule

3) gaya rem untuk menghentikan gerak motor sebesar -100 N

4) motor berhenti setelah menempuh jarak 12,5 m

Pernyataan di atas yang benar adalah . . . .

a. 1), 2), dan 3)

b. 1) dan 3)

c. 2) dan 4)

d. 4) saja

e. semua benar

6. Sebuah balok bermassa 400 gram dijatuhkan dari ketinggian 2 m ke per-mukaan tanah. Jika pada permukaan tanah terdapat pegas dengan kon-stanta 100 N/m maka pegas akan tertekan sebesar . . . .

a. 0,01 m d. 0,04 m

b. 0,02 m e. 0,05 m

c. 0,03 m

7. Sebuah motor bermassa 300 kg ber-henti dari kelajuan 36 km/jam sejauh 5 m. Besar gaya pengereman yang dilakukan adalah . . . .

a. 1.000 N d. 4.000 N

b. 2.000 N e. 5.000 N

c. 3.000 N

8. Saat sebuah peluru ditembakkan ver-tikal ke atas dari permukaan tanah,

a. 1 joule d. 4 joule

b. 2 joule e. 8 joule

c. 3 joule

4. Kelereng dilempar ke atas dari permu-kaan tanah dengan kecepatan 8 m/s. Kecepatan kelereng saat bergerak ke atas dengan tinggi 2 m adalah . . . .

a. m/s d. m/s

F (N)11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

-1

-2

s (m)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9


berlaku . . . .

1) di permukaan tanah energi kinetik minimum

2) di permukaan tanah energi poten-sial maksimum

3) di titik tertinggi energi kinetik mak-simum

4) di titik tertinggi energi potensial maksimum

Dari pernyataan di atas yang benar adalah . . . .

a. 1), 2), dan 3)

b. 1) dan 3)

c. 2) dan 4)

d. 4) saja

e. semua benar

9. Mesin truk Pak Bonar mempunyai kekuatan 1.000 daya kuda (hp). Jika 1 hp = 746 watt maka daya keluaran mesin dengan efisiensi mesin 90 % adalah . . . .

a. 7,460 . 105 watt

b. 7,460 . 104 watt

c. 7,460 . 103 watt

d. 6,714 . 105 watt

e. 6,714 . 104 watt

10. Air terjun pada ketinggian 40 m men-galirkan air sebanyak 150.000 kg/menit. Jika efisiensi generator 50 % maka daya yang dihasilkan generator adalah . . . .

a. 525 kW d. 450 kW

b. 500 kW e. 400 kW

c. 475 kW

B. Kerjakan soal-soal berikut dengan te-pat!

1. Mila memindahkan buku 200 gram dari permukaan tanah ke atas meja setinggi 1,25 m. Tentukan besar usaha yang diperlukan!

2. Buah apel bermassa 100 gram jatuh dari ketinggian 2 m. Tentukan ke-ce patan buah apel saat menyentuh tanah!

3. Sebuah mobil dengan rem blong dan berkecepatan 36 km/jam menaiki tan-jakan dengan kemiringan 37°. Berapa besar gaya gesek roda dan jalan tan-jakan itu sehingga mobil berhenti?

4. Sebuah peluru bermassa 40 gram ditembakkan dengan sudut elevasi 63° dan kecepatan awal 20 m/s. Tentukan energi total peluru di titik tertinggi!

5. Sebuah mesin mempunyai kekuatan 1.350 hp. Jika 1 hp = 746 watt dan efisiensi mesin adalah 87%, tentukan daya keluaran mesin dalam satuan watt!

05 bab 4

Documents

Transcript of 05 bab 4